Present status of J-PARC MUSE

下村 浩一郎*; 幸田 章宏*; Pant, A. D.*; 名取 寛顕*; 藤森 寛*; 梅垣 いづみ*; 中村 惇平*; 反保 元伸*; 河村 成肇*; 手島 菜月*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012033_1 - 012033_5, 2023/03

https://doi.org/10.1088/1742-6596/2462/1/012033

At J-PARC MUSE, since the SR2017 conference and up to FY2022, there have been several new developments at the facility, including the completion of a new experimental area S2 at the surface muon beamline S-line and the first muon beam extraction to the H1 area in the H-line, mainly to carry out high-statistics fundamental physics experiments. Several new studies are also underway, such as applying negative muon non-destructive elemental analysis to the analysis of samples returned from the asteroid Ryugu in the D2 area of the D-line. This paper reports on the latest status of MUSE.

Time evolution calculation of muon catalysed fusion; Emission of recycling muons from a two-layer hydrogen film

山下 琢磨*; 奥津 賢一*; 木野 康志*; 中島 良太*; 宮下 湖南*; 安田 和弘*; 岡田 信二*; 佐藤 元泰*; 岡 壽崇; 河村 成肇*; et al.

Fusion Engineering and Design, 169, p.112580_1 - 112580_5, 2021/08

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112580

重水素・三重水素混合固体標的に負ミュオン()を入射し、ミュオン触媒核融合反応(CF)の時間発展をルンゲクッタ法によって計算した。核融合によって生成する中性子の強度や、固体標的から真空中に放出されるミュオン量を最大化する三重水素含有率を明らかにした。

New precise measurements of muonium hyperfine structure at J-PARC MUSE

Strasser, P.*; 阿部 充志*; 青木 正治*; Choi, S.*; 深尾 祥紀*; 東 芳隆*; 樋口 嵩*; 飯沼 裕美*; 池戸 豊*; 石田 勝彦*; et al.

EPJ Web of Conferences, 198, p.00003_1 - 00003_8, 2019/01

https://doi.org/10.1051/epjconf/201919800003

High precision measurements of the ground state hyperfine structure (HFS) of muonium is a stringent tool for testing bound-state quantum electrodynamics (QED) theory, determining fundamental constants of the muon magnetic moment and mass, and searches for new physics. Muonium is the most suitable system to test QED because both theoretical and experimental values can be precisely determined. Previous measurements were performed decades ago at LAMPF with uncertainties mostly dominated by statistical errors. At the J-PARC Muon Science Facility (MUSE), the MuSEUM collaboration is planning complementary measurements of muonium HFS both at zero and high magnetic field. The new high-intensity muon beam that will soon be available at H-Line will provide an opportunity to improve the precision of these measurements by one order of magnitude. An overview of the different aspects of these new muonium HFS measurements, the current status of the preparation for high-field measurements, and the latest results at zero field are presented.

Ion acceleration via "nonlinear vacuum heating" by the laser pulse obliquely incident on a thin foil target

余語 覚文*; Bulanov, S. V.; 森 道昭; 小倉 浩一; Esirkepov, T. Z.; Pirozhkov, A. S.; 金崎 真聡*; 榊 泰直; 福田 祐仁; Bolton, P.; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 58(2), p.025003_1 - 025003_7, 2016/02

https://doi.org/10.1088/0741-3335/58/2/025003

The dependence of the energy of ions accelerated during the interaction of the laser pulse obliquely incident on the thin foil target on the laser polarization is studied experimentally and theoretically. We found that the ion energy being maximal for the p-polarization drastically decreases when the pulse becomes s-polarized. The experimentally found dependencies of the ion energy are explained by invoking anomalous electron heating, which results in high electrostatic potential formation at the target surface.

Measurement of DNA double-strand break yield in human cancer cells by high-current, short-duration bunches of laser-accelerated protons

余語 覚文; 佐藤 克俊; 錦野 将元; 前田 拓也*; 榊 泰直; 堀 利彦*; 小倉 浩一; 西内 満美子; 手島 昭樹*; 西村 博明*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 50(10), p.106401_1 - 106401_7, 2011/10

https://doi.org/10.1143/JJAP.50.106401

To investigate the radiobiological effects of high dose rates that are attributed to high current, short bunch beam generation with laser-dreven ion acceleration, we have developed an experimental setup that uses laser-accelerated protons. human lung cancer cells: A549 pulmonary adenocarcinoma are irradiated with a laser-accelerated proton bunches with a duration of s and flux of cms, amounting to single bunch absorbed dose at the 1 Gy level. The double-strand break (DSB) yield in cell DNA is analyzed for the laser-accelerated proton beam at an average LET of 41 keV/m.

Efficient multi-keV X-ray generation from a high-Z target irradiated with a clean ultra-short laser pulse

Zhang, Z.*; 錦野 将元; 西村 博明*; 河内 哲哉; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 織茂 聡; 小倉 浩一; 余語 覚文; 岡野 泰彬*; et al.

Optics Express (Internet), 19(5), p.4560 - 4565, 2011/02

https://doi.org/10.1364/OE.19.004560

近年の超高強度レーザー技術の進展により、高輝度の単色X線パルスの発生が実現している。そこで高コントラスト超高強度フェムト秒レーザーパルスによるモリブデンと銀平板ターゲットを用いた高効率K殻特性X線発生実験を行った。Mo 17keVとAg 22keVのX線発生効率の絶対値の計測を行い、これまでの理論予測値と同じ程度の高効率でX線が発生していることを確認した。

Stabilization of laser accelerated electron bunch by the ionization-stage control

森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟; Bulanov, S. V.; 小倉 浩一; Pirozhkov, A. S.; 近藤 公伯; 杉山 僚; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.4062 - 4064, 2010/05

http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/IPAC10/papers/thpec003.pdf

The pointing stability and the divergence of a quasi-monoenergetic electron bunch generated in a self-injected laser-plasma acceleration regime were investigated. Gas-jet targets have been irradiated with focused 40 fs laser pulses at the 4-TW peak power. A pointing stability of 2.4 mrad root-mean-square (RMS) and a beam divergence of 10.6 mrad (RMS) were obtained using argon gas-jet target for 50 sequential shots, while these values were about three times smaller than at the optimum condition using helium. In particular, the peak electron energy was 9 MeV using argon, which is almost three times lower than that using helium. This result implies that the formation of the wake-field is different between argon and helium, and it plays an important role in the generation of a electron bunch. This stabilization scheme is available for another gas material such as nitrogen. At nitrogen gas-jet target, the pointing stability is more improved to 1.4 times smaller (1.7 mrad (RMS)) than that in argon gas-jet target and the peak energy is increased to grater than 40 MeV. These results prove that this method not only stabilize the e-beam but also allows controlling the electron energy.

Generation of stable and low-divergence 10-MeV quasimonoenergetic electron bunch using argon gas jet

森 道昭; 近藤 公伯; 水田 好雄*; 神門 正城; 小瀧 秀行; 西内 満美子; 加道 雅孝; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 杉山 博則*; et al.

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 12(8), p.082801_1 - 082801_5, 2009/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevSTAB.12.082801

4TWレーザーを用いて、セルフインジェクション領域において生成される、準単色電子の安定性と発散角を調べた。アルゴンターゲットにおいて、ヘリウムの最適値の1/3以下の2.4mradのポインティング安定性と10.6mradの発散角を見いだした。このときの電子ビームのエネルギーピークは、アルゴン,ヘリウムそれぞれで8.50.7MeV及び24.83.6MeVであった。これらの実験結果は、同じ照射条件にもかかわらず、異なるターゲット材質を用いたことによって生じるレーザー伝搬の違いを示すものである。

Generation of nanometer-sized silicon tadpoles irradiated with a high intensity laser pulse

匂坂 明人; 東 博純*; 大道 博行; 神谷 信雄*; 伊藤 忠*; 竹内 昭博*; 鈴木 教友*; 西村 昭彦; 森 道昭; 織茂 聡; et al.

Proceedings of 4th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP 2006) (Internet), 3 Pages, 2006/00

電磁材料等においてナノサイズの柱状結晶が形成されれば、その電磁特性としてこれまで得られなかった特性を得ることが期待できる。ここで、高輝度のフェムト秒レーザー照射したシリコンの飛散粒子に注目すると、レーザーと物質との相互作用による強い電場を受けるのでナノ秒レーザー照射とは異なる飛散粒子の形態が予測される。そのため本研究では、原子力機構設置のチタンサファイアレーザーを用いてシリコンターゲットに照射した。集光強度は510W/cmであった。そして、シリコンターゲットからのアブレータを採取し、高分解能の透過型電子顕微鏡や電子線回折等でその構造などを詳細に調べた。その結果、多結晶成分とアモルファス成分をもつタッドポール粒子の発生を確認した。

電子ビーム加熱で生成したウラン原子の準安定準位分布

大場 弘則; 西村 昭彦; 小倉 浩一; 柴田 猛順

JAERI-Research 2000-033, 17 Pages, 2000/08

JAERI-Research-2000-033.pdf:0.65MB

原子法レーザーウラン濃縮では、電子ビーム加熱で生成したウラン原子にレーザー光を照射し、Uのみをイオン化して回収する。電子ビーム加熱でウランを蒸発させると熱励起や電子ビームによる励起で蒸発原子が上準位に多く分布する可能性があり、準位分布はレーザー分離の対象となる原子密度を知るうえで重要である。ここではレーザー誘起蛍光法でウラン原子の準安定準位密度を測定した。準位密度分布から求めた原子励起温度は推定蒸発面温度(~3000K)より低く、蒸発量を増加させるとともに2000K程度まで低下し、蒸発した原子のほとんどが基底準位及び下準位に分布することがわかった。